Термокондуктометрические датчики
5.3.1 Общие положения
Принцип действия термокондуктометрических датчиков основан на измерении разности температур между электрически нагреваемым резистивным элементом, помещенным в контролируемую среду, и таким же элементом, помещенным в камеру с газом сравнения, вызванной различием теплопроводностей определяемого компонента и газа сравнения. Датчик не изменяет химического состава пробы, для работы ему не требуется кислород.
Термокондуктометрические датчики применяют для определения таких газов, теплопроводность которых в желаемом диапазоне измерений значительно отличается от теплопроводности сравнительной среды (обычно воздуха). Однако опубликованные таблицы теплопроводности могут привести к ошибочным выводам, поскольку на чувствительность датчика также влияют иные факторы, например, конвекция или перенос массы.
5.3.2 Область применения
Для применения термокондуктометрических датчиков не требуется наличие кислорода и с их помощью можно измерять содержание газа до 100 объемных долей %. На практике верхний предел диапазона измерений термокондуктометрического датчика превышает 100% НКПР.
Эти датчики пригодны для обнаружения одиночного компонента - газа, имеющего высокую или низкую теплопроводность по сравнению с теплопроводностью воздуха, который служит сравнительной средой. Характерна высокая чувствительность термокондуктометрических датчиков к присутствию в воздухе таких газов, как водород, гелий и неон, теплопроводность которых велика; чувствительность к метану также считается приемлемой.
|
|
|
5.3.3 Ограничения по применению
Термокондуктометрический метод применим в тех случаях, когда изменения выходного сигнала датчика от изменения концентрации фонового газа незначительны по сравнению с сигналом от определяемого компонента (газа или смеси газов) в выбранном диапазоне измерения.
Термокондуктометрические датчики неизбирательны к горючим газам. Они реагируют на все газы - горючие и негорючие.
Теплопроводность горючих газов сильно различается между собой. Более легкие газы (например, метан и водород) характеризуются большей теплопроводностью, чем воздух, в то время как более тяжелые газы (например, непредельные углеводороды) имеют меньшую теплопроводность. Следовательно, ничего нельзя сказать о сигнале датчика в газовой смеси до тех пор, пока не станет известен компонентный состав этой смеси. В худшем случае теплопроводность смеси газов с высокой и низкой теплопроводностью может быть равна теплопроводности воздуха, при этом выходной сигнал датчика будет отсутствовать.
|
|
|
5.3.4 Влияние неопределяемых компонентов
Каждый газ характеризуется собственной теплопроводностью, и соответственно, любой газ оказывает влияние на показания термокондуктометрического датчика.
В большинстве случаев сильным влиянием обладают пары воды, тем более что их содержание в воздухе сильно колеблется, особенно в жарком климате. Для устранения эффекта влияния паров воды может потребоваться осушение пробы.
5.3.5 Отравление
Отравляющие воздействия на датчик неизвестны.
Инфракрасные датчики
5.4.1 Общие положения
Принцип действия оптических инфракрасных датчиков основан на поглощении молекулами определяемого газа энергии светового потока в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной области спектра. Существующие газоанализаторы преимущественно работают в инфракрасной (ИК) области спектра.
Инфракрасные датчики не искажают пробу, и им не требуется для работы присутствие кислорода. Эти датчики имеют продолжительный срок службы.
Этот тип датчиков позволяет использовать самодиагностику, это свойство увеличивает интервал технического обслуживания датчика.
5.4.2 Область применения
|
|
|
ИК-датчики градуируют для определения одиночного компонента и в некоторых случаях их градуируют для определения нескольких компонентов. Присутствие других газов не будет обнаружено, если их спектр поглощения в ИК-области лежит за пределами спектра пропускания приемника ИК-излучения. Следовательно, газоанализаторы с такими датчиками следует использовать только для обнаружения таких газовых смесей, для которых они были отградуированы.
ИК-датчики не реагируют на водород. Однако их можно использовать для определения большинства других горючих газов в любом установленном диапазоне измерения от нескольких сотых долей объемной доли % до 100 объемных долей %. Чем длиннее оптический путь, тем выше будет чувствительность датчика.
Трассовые газоанализаторы применяются для обнаружения низших алканов, алкенов и спиртов. Обычный диапазон измерений составляет 0-5 НКПР·м.
5.4.3 Ограничения по применению
ИК-датчики не чувствительны к водороду.
Изменения давления анализируемой среды не влияют на нулевые показания, но чувствительность, как правило, прямо пропорциональна парциальному давлению определяемого компонента.
|
|
|
Некоторые типы датчиков, использующие модуляцию потока ИК-излучения или оптико-акустический приемник, чувствительны к вибрации.
Некоторые типы ИК-датчиков, использующие модулирование оптического луча или фото-акустический приемник излучения, чувствительны к тряске и вибрации.
Трассовые газоанализаторы чувствительны к рассогласованию оптических осей.
5.4.4 Влияние неопределяемых компонентов
Неопределяемые компоненты (горючие и негорючие газы) могут вызывать изменение сигнала датчика.
Изменение концентрации паров воды в анализируемой газовой смеси может вызывать изменение сигнала. Газоанализаторы, отвечающие требованиям IEC 60079-29-1, будут иметь минимальную чувствительность к парам воды.
Наличие в пробе твердых частиц и капель жидкости, которые также поглощают инфракрасную энергию, вызывает изменение сигнала датчика или потерю чувствительности. Важно предупредить загрязнение оптических компонентов (например, окон и зеркал), особенно загрязнение, вызванное твердыми частицами или конденсацией паров. Когда для защиты от загрязнения элементов оптического тракта используют фильтры тонкой очистки, следует иметь в виду, что фильтры могут закупориться при сильном загрязнении пробы.
Воздействие неопределяемых компонентов и паров воды на показания трассовых газоанализаторов существенно больше, чем для других типов ИК-датчиков. Кроме того, трассовые газоанализаторы должны быть работоспособны при попадании в оптический путь пыли, тумана, дождя или снега, а также при наличии естественного и искусственного освещения. Трассовые газоанализаторы, соответствующие требованиям IEC 60079-29-4, подвержены минимальному уровню помех от всех перечисленных воздействий.
5.4.5 Отравление
Отравляющие воздействия на датчики неизвестны.
Полупроводниковые датчики
5.5.1 Общие положения
Принцип работы полупроводниковых датчиков основан на изменении электропроводности, вызванном хемосорбцией молекул определяемого компонента на поверхности нагретого чувствительного элемента.
5.5.2 Область применения
Полупроводниковые датчики применяют для определения газов в широком диапазоне концентраций, в том числе очень низких, однако их характеристика преобразования нелинейна.
Они пригодны для использования в течеискателях, даже при очень низких концентрациях определяемого компонента, и в сигнализаторах, не имеющих отсчетного устройства.
5.5.3 Ограничения по применению
Полупроводниковые датчики горючих газов, как правило, неизбирательны по отношению к отдельным компонентам, чувствительны к изменениям влажности и неопределяемым компонентам, для них характерны дрейф, как нулевых показаний, так и чувствительности.
Новым датчикам может потребоваться длительная приработка (до нескольких недель) для стабилизации нулевых показаний и чувствительности перед проведением градуировки (см. приложение А).
Если содержание определяемого компонента превышает верхний предел диапазона измерений, датчику может потребоваться несколько часов для восстановления характеристик или могут произойти необратимые изменения нулевых показаний и чувствительности.
5.5.4 Влияние неопределяемых компонентов
Полупроводниковые датчики неизбирательны, однако улучшенные датчики могут иметь определенную селективность. Негорючие газы могут вызывать как отрицательный, так и положительный сигнал датчика. Некоторые газы, например 
, вызывают отрицательный сигнал по отношению к сигналу от горючих газов.
Датчики одного типа имеют широкий разброс чувствительности к определяемому компоненту, к тому же относительная чувствительность к другим газам может значительно отличаться от одного датчика к другому.
5.5.5 Отравление
На чувствительность полупроводниковых датчиков оказывают сильное влияние (в большинстве случаев понижают ее, но иногда и повышают) такие же вещества, которые отравляют термокаталитические датчики, но при концентрациях больших, чем концентрации, влияющие на термокаталитические датчики. Примеры таких веществ:
- щелочные или кислотные соединения;
- силиконы;
- тетраэтилсвинец;
- серные соединения;
- галогенные соединения.
Следует обратиться к руководству по эксплуатации газоанализаторов, чтобы выяснить, какие отравляющие вещества могут повлиять на чувствительность и как защитить датчик.
Электрохимические датчики
5.6.1 Общие положения
Принцип действия электрохимических датчиков основан на изменении электрических параметров электродов, находящихся в контакте с электролитом, в присутствии определяемого газа. Изменение электрических параметров является следствием окислительно-восстановительной реакции определяемого газа на поверхности электрода.
Датчики требуют регулярной градуировки через установленные интервалы времени в целях корректировки дрейфа нуля и чувствительности и, в конце концов, подлежат замене. Срок службы в благоприятных условиях обычно более 2 лет.
5.6.2 Область применения
Электрохимические датчики не подходят для обнаружения многих углеводородов. Их применяют для измерения объемной доли водорода или оксида углерода вплоть до 100% НКПР и кислорода до 25 объемных долей %. Существуют также датчики для измерения объемной доли кислорода до 100%.
Кроме того, эти датчики широко применяют для измерения содержания токсичных газов, вплоть до нескольких миллионных долей. Носимые газоанализаторы горючих газов в диапазоне 0%-100% НКПР, использующие какой-либо из типов датчиков, описанных в настоящем стандарте, часто изготовляют в многоканальном исполнении, включая в их состав электрохимические датчики токсичных газов и кислорода.
5.6.3 Ограничения по применению
Может наблюдаться временная потеря чувствительности вследствие конденсации воды на мембране датчика.
Для протекания электрохимической реакции необходим кислород. При работе датчика в обескислороженной среде кислород, растворенный в электролите, обеспечит протекание электрохимической реакции в течение непродолжительного времени в зависимости от датчика, но длительная работа датчика при отсутствии кислорода в анализируемой среде невозможна.
В зависимости от типа датчика и определяемого компонента у датчика может сократиться срок службы или уменьшиться быстродействие, если содержание определяемого компонента превышает верхний предел диапазона измерений. Это характерно для кислородных датчиков, использующихся при высоком содержании кислорода, когда свинцовый электрод расходуется пропорционально объемной доле кислорода.
При низкой температуре или влажности может произойти снижение чувствительности и увеличиться время установления показаний датчика. Длительная работа при очень низких значениях влажности может привести к высыханию электролита.
5.6.4 Влияние неопределяемых компонентов
Электрохимические датчики могут реагировать на другие газы, выдавая как положительный, так и отрицательный сигнал.
За исключением кислородных датчиков, чувствительность к неопределяемым компонентам в некоторых случаях может быть выше, чем к определяемым.
Для некоторых типов электрохимических датчиков чувствительность пропорциональна атмосферному давлению. Для датчиков других типов перепады давления создают опасность повреждения.
Существуют частные случаи влияния неопределяемых компонентов на кислородные датчики при их использовании не в воздухе, а в газовых смесях при очень высоком содержании горючих газов (см. приложение А).
5.6.5 Отравление
На электрохимические датчики могут влиять различные газы, содержащиеся в пробе, что может приводить к потере чувствительности датчиков.
Некоторые кислородные датчики могут терять чувствительность из-за большого содержания 
в анализируемой среде, вступающего в химическую реакцию с электролитом.
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 635; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!